JP3639134B2 - 基板めっき装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体ウエハ等の基板に電解めっきで銅等の金属めっきを施す基板めっき装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体製造プロセスでは、銅めっき等の金属めっき工程はウエハの配線用又は膜付用として多用されている。このような金属めっきを電解めっきで行なう電解めっき装置において、陽極電極に溶解性電極(含リン銅電極)を用いた場合、陽極電極の定期的な交換に加え、表面のブラックフィルムの管理、パーティクル対策等が問題となる。
【0003】
そこで、銅めっきを行なう電解めっき装置の陽極電極を不溶解性の電極材料を用いた不溶解性陽極電極とすると、陽極電極の定期的な交換が不必要になり、被めっき基板の近傍のパーティクルの存在が抑制されるという利点がある反面、めっき液中の添加剤が陽極表面で分解し、添加剤が不足し、被めっき基板のめっき表面が粗い状態となると同時に、添加剤の分解によりスライムが生成されるという問題もある。これを防止するには、添加剤が陽極電極表面に接触し分解しないように陽極電極と陰極電極(被めっき基板)の間に隔膜を配置し、めっき槽内を該隔膜で陽極室と陰極室に隔離すればよいが、陽極電極表面に発生する酸素ガスをめっきに支障とならないように早期に離脱させる必要がある。
【0004】
また、めっき処理終了後の被めっき基板を陰極室のめっき液中から、抜き出すための被めっき基板引抜機構が必要となる。被めっき基板をめっき液中から引き抜く際、表面に付着しためっき液の液滴が飛散し、周囲を汚染しないようにするためには、この被めっき基板引抜機構が複雑となる。特に、半導体製造工程では、配線用又は膜付用の金属めっき装置をクリーンルームに設置することが多く、クリーンルームの汚染防止の点から、細心の注意を払わなくてはならず、被めっき基板引抜機構も複雑なものとなる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、めっき処理終了後の被めっき基板をめっき液の無い状態から取り出すことができ、被めっき基板の取り出しが容易な基板めっき装置を提供することを目的とする。
【0006】
また、めっき液中の添加剤が陽極電極板表面に接触し分解することを防止し、添加剤の不足によりめっき表面が粗くなることを防止し、且つ電解めっき時の電流の通過の支障となる陽極電極板表面で発生する酸素ガスを速やかに除去できる、膜厚の均一な金属めっき膜が形成できる基板めっき装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項1に記載の発明は、不溶解性の陽極電極板と被めっき基板を対向して配置すると共に、該陽極電極板と被めっき基板の間に多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜からなる隔膜を配置しめっき槽内を陽極室と陰極室に隔離し、該被めっき基板に金属めっきを施す基板めっき装置において、陽極電極板、被めっき基板及び隔膜を垂直に配置すると共に、少なくとも陰極室中のめっき液を排出できるめっき液排出機構を設け、めっき終了後に該陰極室のめっき液を排出し、該陰極室から被めっき基板を取り出せるように構成したことを特徴とする。
【0008】
上記のように陽極電極板、被めっき基板及び隔膜を垂直に配置することにより、陽極電極板表面で発生し、めっきに支障となる酸素を速やかに陽極室から排出することができる。また、陰極室中のめっき液を排出できるめっき液排出機構を設け、めっき終了後に該陰極室のめっき液を排出し、被めっき基板を取り出せるように構成するので、従来のようにめっき終了後の被めっき基板をめっき液から引き抜くための複雑な被めっき基板引抜機構を必要としない。
【0009】
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の基板めっき装置において、陰極室のめっき液を排出しても、隔膜で隔離された陽極室の液は循環状態又は液充満状態に保持されていることを特徴とする。
【0010】
上記のように、陰極室のめっき液を排出しても、陽極室の液は循環状態又は液充満状態に保持されるので、陰極室のめっき液を排出することにより、多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜からなる隔膜が大気等の乾燥した気体に曝され、隔膜の陰極室側表面に付着しためっき液中の成分、例えば硫酸銅の結晶が生成される傾向、また乾燥により隔膜が変質する傾向になるが、陽極室の液が該隔膜に僅かに浸透し、陰極側表面が湿潤状態にあるから、この結晶の生成や隔膜の変質を防止できる。
【0011】
また、請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の基板めっき装置において、陰極室は密閉型に構成され、陽極室はその上部が開放された開放型とし液がオーバーフローできる構成としたことを特徴とする。
【0012】
上記のように、陽極室を開放型とし液がオーバーフローできる構成としたので、陽極電極板表面で発生した酸素ガスは上部開放部を通って、液から分離し易くなる。
【0013】
また、請求項3に記載の基板めっき装置において、陽極電極板表面から発生するガスを液と分離するため陽極室をオーバーフローした液を収容するオーバーフロー室を設けたことを特徴とする。
【0014】
上記のようにオーバーフロー室を設けることにより、陽極室からオーバーフローした液は該オーバーフロー室に流れ込み一時的に該オーバーフロー室に滞留する間に液と酸素ガスは分離される。そして液は自然流下により下方に流出し、酸素ガスは上部より排出される。
【0015】
また、請求項1乃至3のいずれか1つに記載の基板めっき装置において、隔膜の片面又は両面に液と電気の通過に支障とならない多孔体の補強板を設けたことを特徴とする。
【0016】
上記のように、隔膜の片面又は両面に液と電気の通過に支障とならない多孔体の補強板を設けたことにより、陰極室にめっき液が充満され、陰極室の液圧が陽極室の液圧以上になっても隔膜が陰極室側に突出(変形)することがなく、隔膜と被めっき基板及び隔膜と陽極電極板の位置の間隔が平行に維持され、被めっき基板に膜厚の均一なめっき膜が形成できる。
【0017】
また、請求項1乃至4のいずれか1つに記載の基板めっき装置において、陽極電極板と隔膜の間に陽極電極板表面から発生するガスが隔膜表面又は補強板に付着することを防止する泡防御材を設けたことを特徴とする。
【0018】
陽極電極板と隔膜の間に泡防御材を設けることにより、めっき処理中に不溶解性の陽極電極板の表面から発生する泡状の酸素ガスが隔膜や補強板に付着することが防止される。この結果、この泡により電場が乱され(電流の流れが乱され)ることなく、被めっき基板面に均一な膜厚のめっき膜が形成できる。
【0019】
また、請求項1乃至4のいずれか1つに記載の基板めっき装置において、陽極室を循環する液は添加剤を除いた電解銅めっき液の基本液、即ちCuSO4・5H2O、H2SO4、Cl-からなる液で添加剤は入っていない液であることを特徴とする。
【0020】
また、陽極室を循環する液はH2SO4であることを特徴とする。
【0021】
上記のように陽極室を循環する液を添加剤を含まない電解銅めっき液の基本液又はH2SO4とすることにより、陽極電極板に接触する液は添加剤を含まない液であるから、陽極電極板に添加剤が接触し分解し不足することがなくなり、被めっき基板に表面の滑らかなめっき膜を形成することができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態例では銅(Cu)めっきを行なう基板めっき装置を例に説明する。図1は本発明に係る基板めっき装置の構成を示す図である。図示するように基板めっき装置10はめっき槽本体11と側板12を具備している。めっき槽本体11と側板12は対向して配置され、めっき槽本体11の側板12に対向する面に凹部空間Aが形成されている。また、側板12の下端はヒンジ機構(図示せず)で、めっき槽本体11の該凹部空間Aを開閉できるようになっている。
【0023】
めっき槽本体11の底体11aの凹部空間の底面には不溶解性の陽極電極板13が配置され、側板12のめっき槽本体11側の面には被めっき基板Wが装着されている。これにより、側板12でめっき槽本体11の凹部空間Aを閉じた場合、陽極電極板13と被めっき基板Wは所定の間隔を設けて対向配置されることになる。また、めっき槽本体11には多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜14が陽極電極板13と被めっき基板Wの間に位置するように取り付けられ、めっき槽本体11の凹部空間Aを該多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜14で陽極室15と陰極室16に隔離している。
【0024】
また、多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜14の両面又は片面(図では陽極室15側の面)は多孔体補強板17で補強されている。この多孔体補強板17は多数のパンチング穴が形成された樹脂板で液と電気の流れに支障がなく、後に詳述するように、陰極室16の液圧や陰極室16のめっき液を排出した際に、陽極室の液圧に耐え、多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜14を変形させない強度を有するものであればよい。
【0025】
めっき槽本体11の上下には、上部ヘッダ18、下部ヘッダ19がそれぞれ設けられており、上部ヘッダ18の空隙18aと下部ヘッダの空隙19aはそれぞれ陰極室16に連通している。また、陽極室15の下部はめっき槽本体11に設けられた陽極室液の入口11bに連通し、上部は陽極室液のオーバーフロー口11cに連通している。また、めっき槽本体11の側部にはオーバーフロー口11cに隣接してオーバーフロー室20が設けられている。また、陽極室15の陽極電極板13と多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜14の間にはめっき処理に際し、陽極電極板13の表面で発生する泡状の酸素(O2)ガスが多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜14及び多孔体補強板17に付着することを防止する泡防御材32が設けられている。
【0026】
21はめっき液タンクであり、該めっき液タンク21に収容されためっき液Q1はポンプ22で配管23を通して下部ヘッダ19の空隙19aに供給され、該空隙19aから陰極室16を満たし、更に上部ヘッダ18の空隙18a及び配管24を通ってめっき液タンク21に戻る。また、25は陽極液タンクであり、該陽極液タンク25に収容された陽極室液Q2はポンプ26で配管27を通して陽極室15に供給され、該陽極室15を満たした後、オーバーフロー口11cからオーバーフローしてオーバーフロー室20に流れ込み、一時的に滞留した後、排出口20a及び配管28を通って陽極液タンク25に戻るようになっている。
【0027】
ここで、陰極室16は密閉型に構成され、陽極室15はその上部が大気に開放された開放型となっている。
【0028】
めっき槽本体11の凹部空間Aの外周縁部には環状のパッキン29が設けられており、側板12で凹部空間Aを閉じることにより、該パッキン29は被めっき基板Wの外周表面に当接し、陰極室16を密閉空間とする。該パッキン29の陰極室16の反対側には外部陰極端子30が設けられ、側板12で凹部空間Aを閉じた状態で外部陰極端子30の先端は被めっき基板Wの導電部に当接して、電気的に導通すると共に、該パッキン29によりめっき液Q1に接液しないようになっている。外部陰極端子30と陽極電極板13の間にはめっき電源31が接続されている。
【0029】
上記構成の基板めっき装置10において、陰極室16にめっき液Q1を充満させ循環させると共に、陽極室15には陽極室液Q2を充満させオーバーフローさせながら循環し、めっき電源31から不溶解性の陽極電極板13と陰極となる被めっき基板Wの間に電流を通電することにより、被めっき基板Wの表面にめっき膜が形成される。ここでは、めっき液Q1としてCuSO4・5H2OとH2SO4とCl-と添加剤との混合溶液を用い、陽極室液Q2としてH2SO4、又はCuSO4・5H2OとH2SO4とCl-が混合された(添加剤を含まない)、所謂基本液を用いる。
【0030】
このめっき処理に際して、陽極電極板13の表面から酸素(Q2)ガスが泡状になって発生するが、陽極電極板13、多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜14及び多孔体補強板17は垂直に配置されているから、この酸素ガスは陽極室15内の陽極室液Q2中をスムーズに上昇し、該陽極室液Q2がオーバーフロー口11cからオーバーフローしてオーバーフロー室20に流れ込むと同時に排出され、該陽極室液Q2が一時的に滞留している間に酸素ガスは分離し、酸素ガス排出口20bから外部に放出される。また、陽極電極板13と多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜14の間には泡防御材32が設けられているので、この泡状の酸素ガスが多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜14や多孔体補強板17に付着することがない。
【0031】
陽極室液Q2中に酸素ガスが泡状に存在すると陽極電極板13と被めっき基板Wの間の電場を乱し(電流の流れを乱し)、膜厚の均一なめっき膜を形成できないという問題があるが、ここでは上記のように発生した泡状の酸素ガスが陽極室液Q2中から迅速に外部に抜け出るので、被めっき基板Wの面上に均一な膜厚のめっき膜を形成できる。
【0032】
また、陽極室15を流れる陽極室液Q2には上記のように添加剤を含まないめっき液Q1の基本液(CuSO4・5H2O、H2SO4、Cl-)又はH2SO4を用いているので、陽極電極板13に添加材が接触して分解してスライムを生成することもなく、分解によりめっき液Q1中の添加剤が不足して、被めっき基板Wに表面の粗いめっき膜が形成されるということもない。また、H2SO4は導電性が高いから、めっきに影響を与えることなく、且つ液の補給用としてめっき装置に付帯する液供給装置に常備されているので、H2SO4の溶液を陽極室液Q2に使用することは容易である。
【0033】
上記のように陽極室15は上部が開放された開放型であるから、該陽極室15内の液圧は高くならないのに対して、陰極室16は密閉型であるので、めっき液Q1の流過抵抗で液圧が陽極室15の液圧より多少高くなる。そこでもし、多孔体補強板17を設けられていないと、膜厚の薄い多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜14は陰極室16の液圧に押され、陽極室15側に押され湾曲した形状となり、該多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜14と被めっき基板Wとの間の間隔が均一とならない。その結果、被めっき基板W上に膜厚の均一なめっき膜が形成されないという問題がある。
【0034】
この原因は多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜14の表面電位が均等であるため、多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜14と被めっき基板Wとの間の間隔が均一とならない分、その電場も均一にならないことによると考えられる。ここでは多孔体補強板17を設けているので、多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜14が変形することなく、被めっき基板Wとの間の間隔が常に均一となるから、被めっき基板W上に膜厚の均一なめっき膜を形成できる。
【0035】
めっき処理が終了し、被めっき基板Wの陰極室16から取り出す場合は、陰極室16のめっき液Q1を配管23を通してめっき液タンク21に戻し、陰極室16からめっき液Q1を排出した状態で、被めっき基板Wを取り出す。これにより、めっき液Q1中から被めっき基板Wを抜き取るのと異なり、被めっき基板Wの引き抜きが極めて容易となり(例えば、ロボットハンドで容易にピックアップできる)、複雑な構成の被めっき基板Wの抜取機構を必要としない。
【0036】
更に、陰極室16からめっき液Q1を排出することにより、多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜14が大気に曝されることになる。多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜14が大気に曝されるとめっき液Q1のCuSO4の結晶が生成されたり、多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜14が乾燥することにより、膜質が変化する等の問題が起こるが、ここでは陽極室15に陽極室液Q2が充満しているから、僅かの陽極室液Q2が多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜14を浸透して、その陰極15側の表面を湿潤状態にしているので、このようなCuSO4の結晶の生成や膜質の変化は起こらない。
【0037】
なお、上記実施形態例では、Cuめっきを行なう基板めっき装置を例に説明したが、本発明はCuめっきに限定されるものではなく、他の金属のめっきにも用いることができる。
【0038】
【発明の効果】
以上説明したように各請求項に記載の発明によれば、下記のような優れた効果が得られる。
【0039】
請求項1に記載の発明によれば、陽極電極板、被めっき基板及び隔膜を垂直に配置することにより、陽極電極板表面で発生するめっきに支障となる泡状の酸素ガスを速やかに陽極室から排出させることができると共に、陰極室中のめっき液を排出できるめっき液排出機構を設け、めっき終了後に該陰極室のめっき液を排出し、被めっき基板を取り出せるように構成するので、従来のようにめっき終了後の被めっき基板をめっき液から引き抜くための複雑な被めっき基板引抜機構を必要としない。
【0040】
また、請求項2に記載の発明によれば、陰極室のめっき液を排出しても、陽極室の液は循環状態又は液充満状態に保持されるので、陰極室のめっき液を排出することにより、多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜からなる隔膜が大気等の乾燥した気体に曝され、隔膜の陰極側表面にめっき液中の成分、例えば硫酸銅の結晶が生成される傾向、また乾燥により隔膜が変質する傾向になるが、陽極室の液が該隔膜に僅かに浸透し、その陰極側表面が湿潤状態にあるから、この結晶の生成や隔膜の変質を防止できる。
【0041】
また、請求項3に記載の発明によれば、陽極室を開放型とし液がオーバーフローできる構成としたので、陽極電極板表面で発生した酸素ガスは上部開放部を通って、液から分離し易くなる。
【0042】
また、請求項4に記載の発明によれば、隔膜の片面又は両面に液と電気の通過に支障とならない多孔体の補強板を設けたことにより、陰極室にめっき液が充満され、陰極室の液圧が陽極室の液圧以上になっても隔膜が陽極室側に突出(変形)することがなく、隔膜と被めっき基板及び隔膜と陽極電極板の位置の間隔が平行に維持され、被めっき基板に膜厚の均一なめっき膜が形成される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る基板めっき装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
10 基板めっき装置
11 めっき槽本体
12 側板
13 陽極電極板
14 多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜
15 陽極室
16 陰極室
17 多孔体補強板
18 上部ヘッダ
19 下部ヘッダ
20 オーバーフロー室
21 めっき液タンク
22 ポンプ
23 配管
24 配管
25 陽極液タンク
26 ポンプ
27 配管
28 配管
29 パッキン
30 外部陰極端子
31 めっき電源
32 泡防御材
Claims (4)
- 不溶解性の陽極電極板と被めっき基板を対向して配置すると共に、該陽極電極板と被めっき基板の間に多孔質の中性隔膜又は陽イオン交換膜からなる隔膜を配置しめっき槽内を陽極室と陰極室に隔離し、該被めっき基板に金属めっきを施す基板めっき装置において、
前記陽極電極板、前記被めっき基板及び前記隔膜を垂直に配置すると共に、少なくとも前記陰極室中のめっき液を排出できるめっき液排出機構を設け、
めっき終了後に前記陰極室のめっき液を排出し、該陰極室から被めっき基板を取り出せるように構成したことを特徴とする基板めっき装置。 - 請求項1に記載の基板めっき装置において、
前記陰極室のめっき液を排出しても、前記隔膜で隔離された陽極室の液は循環状態又は液充満状態に保持されていることを特徴とする基板めっき装置。 - 請求項1又は2に記載の基板めっき装置において、
前記陰極室は密閉型に構成され、
前記陽極室はその上部が開放された開放型とし、液がオーバーフローできる構成としたことを特徴とする基板めっき装置。 - 請求項1乃至3のいずれか1つに記載の基板めっき装置において、
前記隔膜の片面又は両面に液と電気の通過に支障とならない多孔体の補強板を設けたことを特徴とする基板めっき装置。
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